DE10125811A1 - Fast-acting valve for working as a hydraulic valve has a valve slide in a valve sleeve with an electromagnet and a readjusting spring both capable of driving the valve slide in an opposite direction - Google Patents

Fast-acting valve for working as a hydraulic valve has a valve slide in a valve sleeve with an electromagnet and a readjusting spring both capable of driving the valve slide in an opposite direction

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Abstract

A valve slide (4) can move into two different closing positions. A readjusting spring (11) has a second parallel less rigid spring (13) and can be pressed together only over partial areas of the path of the valve slide. An electromagnet (2) can be excited in two stages via a control device. For each stage the electromagnet has different windings to be excited by separate currents.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schnellschaltventil mit in einer Ventilhülse angeordnetem Ventilschieber, dem ein Elektromagnet und eine Rückstellfeder zugeordnet sind, die den Ventilschieber gegenseitig anzutreiben vermögen.The invention relates to a quick-acting valve arranged in a valve sleeve Valve spool, to which an electromagnet and a return spring are assigned, which are able to drive the valve slide mutually.

Derartige Schnellschaltventile sind als 3/2-Wege-Hydraulik-Ventile bekannt. Mit ihnen sollen Schaltzeiten im Bereich einer Millisekunde realisiert werden. Hier sind jedoch trotz Stromsteuerung und Übererregung des Elektromagneten Grenzen in Bezug auf die Kraft und den Hub des Ventilschiebers gesetzt. Das bedeutet, dass bei größeren Hüben die Schaltzeiten im Millisekunden-Bereich nicht mehr erreicht werden können. Soll jedoch im Bereich von Millisekunden geschaltet werden kön­ nen, so muss mit sehr kleinem Hub gearbeitet werden. Bei regelmäßig geforderten großen Druckunterschieden und großen Durchflüssen ergeben sich jedoch wegen der bei geringen Hüben äußerst geringen Überdeckung der Steuerkanten erhebli­ che Leckagen. Hinzu kommt, dass die großen Durchflussmengen auch große Strömungskräfte bewirken, die den Schaltkräften z. B. der Rückstellfeder entge­ genwirken, so dass unvorteilhaft starke Federn und damit wieder große Schalt­ kräfte des Elektromagneten benötigt werden, um den starken Rückstellfedern ent­ gegenzuwirken.Such quick-switching valves are known as 3/2-way hydraulic valves. With switching times in the range of one millisecond should be realized for them. Here are however, despite current control and overexcitation of the electromagnet limits in Relative to the force and the stroke of the valve spool. It means that the switching times in the millisecond range are no longer achieved with larger strokes can be. However, it should be possible to switch in the range of milliseconds very small stroke must be used. With regularly requested however, there are large pressure differences and large flow rates the extremely low overlap of the control edges at low strokes leaks. In addition, the large flow rates are also large Flow forces cause the switching forces such. B. the return spring counteract so that unfavorably strong springs and thus large switching again Forces of the electromagnet are needed to the strong return springs ent counteract.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schnellschaltventil für große Durch­ flussleistungen und für Druckdifferenzen von mehr als 50 bar so auszugestalten, dass trotz Verwendung kleiner Elektromagnete und kurzer Schaltzeiten geringe innere Leckagen insbesondere bei längeren Pausen zwischen zwei aufeinander­ folgenden Offenstellungen realisiert werden.The invention has for its object a quick switching valve for large through flow capacities and for pressure differences of more than 50 bar so that despite the use of small electromagnets and short switching times, low  internal leakage, especially when there are long breaks between two following open positions can be realized.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Ventilschieber in mindestens zwei verschiedene Schließstellungen bringbar ist, dass der Rückstellfeder mindestens eine zweite Feder geringerer Steifigkeit zugeordnet ist, dass die Rückstellfeder nur über Teilbereiche des Ventilschieberweges zusammendrückbar ist, und der Elek­ tromagnet im Betrag seiner Erregung vorgebbar steuer- bzw. regelbar istThis object is achieved in that the valve slide in at least two can be brought into different closed positions that the return spring at least a second spring of lower rigidity is assigned to the return spring only is compressible over partial areas of the valve slide path, and the elec tromagnet is controllable in the amount of its excitation

Das Vorsehen von mindestens zwei verschiedenen Schließstellungen gewährlei­ stet, dass das Ventil zwar in beiden Schließstellungen geschlossen ist, dass je­ doch in der Schließstellung, in der ein kleinerer Ventilschieberweg zurückgelegt wurde, noch verhältnismäßig große Leckagen auftreten, während in der zweiten Schließstellung, die einen größeren Ventilschieberweg erfordert, das Schnell­ schaltventil kaum noch Leckagen aufweist. Erreicht wird das Anfahren der zwei verschiedenen Schließstellungen durch eine der Rückstellfedern zugeordnete zweite Feder geringerer Steifigkeit. Im unbestromten Zustand des Elektromagne­ tens verschieben die Rückstellfeder und die zweite Feder den Ventilschieber in die entfernte Schließstellung, in der kaum Leckagen auftreten. Aus dieser Stellung heraus kann der Elektromagnet durch eine Vorerregung durch Vorbestromung den Ventilschieber gegen die geringere Kraft der zweiten Feder in die vordere Schließ­ stellung verfahren, die zwar größere Leckagen bewirkt, aus der jedoch ein Schnellschalten mit kleinem Hub möglich ist. Durch volle Erregung aufgrund voller Bestromung des Elektromagneten wird der Ventilschieber gegen die Kraft der Rückstellfeder und ggfs. gegen die Kraft der zweiten Feder in seine Offenstellung verschoben. Hierzu ist nur noch ein kurzer Ventilschieberweg notwendig, der da­ mit die schnellen Schaltzeiten gewährleistet.Ensure the provision of at least two different closed positions Continues that the valve is closed in both closed positions, that each but in the closed position, in which a smaller valve spool travel was, relatively large leaks still occur while in the second Close position, which requires a longer valve spool travel, the Schnell switching valve hardly shows any leaks. The two are reached different closed positions by one of the return springs second spring with lower stiffness. In the de-energized state of the electromagnet At least the return spring and the second spring move the valve spool into the distant closed position in which there are hardly any leaks. From this position out of the electromagnet by pre-excitation by pre-energizing the Valve slide against the lower force of the second spring in the front closing position, which causes larger leaks, but from which Fast shifting with a small stroke is possible. Through full excitement due to full Energizing the solenoid will counter the force of the valve spool Return spring and possibly against the force of the second spring in its open position postponed. All that is required is a short valve spool path, there with the fast switching times guaranteed.

Das erfindungsgemäße Schnellschaltventil wird während der regelmäßig langen Zeiten, in denen es geschlossen bleibt, unbestromt gelassen, so dass die ent­ fernte Schließstellung mit geringer Leckage angefahren ist. Soll das Ventil schal­ ten, so wird es voll bestromt und schaltet auf. Beim anschließenden Abschalten wird jedoch die Vorbestromung beibehalten, so dass der Ventilschieber lediglich in die vordere Schließposition fährt, von der aus er sehr schnell wieder geöffnet wer­ den kann.The quick-switching valve according to the invention is during the regularly long Times when it is closed, left de-energized so that the ent  remote closed position with little leakage. Shall the valve it is fully energized and switches on. When switching off afterwards However, the pre-energization is maintained, so that the valve spool only in the front closed position moves from which it can be opened again very quickly that can.

Es hat sich bewährt, die zweite Feder parallel zur Rückstellfeder anzuordnen. Da­ bei hat die zweite Feder einen längeren Federweg als die Rückstellfeder. Die Rückstellfeder wird erst nach Vorbestromung, im Bereich der vorderen Schließ­ stellung wirksam.It has proven useful to arrange the second spring parallel to the return spring. because the second spring has a longer travel than the return spring. The The return spring is only in the area of the front closing after energization position effective.

Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die zweite Feder in Reihe mit der Rück­ stellfeder anzuordnen. Dazu ist es vorteilhaft, auf der Rückstellfeder eine Füh­ rungshülse vorzusehen, die ein Ende der zweiten Feder führt. Im Bereich zwi­ schen der vorderen und der hinteren Schließstellung wird dabei lediglich die zweite Feder zusammengedrückt. Wird die vordere Schließstellung erreicht, so ist die zweite Feder vollkommen zusammengedrückt. Im Bereich der vorderen Schließstellung wird nunmehr die Rückstellfeder wirksam.However, there is also the option of placing the second spring in series with the back to arrange spring. To do this, it is advantageous to have a guide on the return spring provision sleeve to provide one end of the second spring. In the area between the front and rear closed positions are only the second spring compressed. If the front closed position is reached, then the second spring fully compressed. In the area of the front The return spring is now effective in the closed position.

Von Vorteil ist, dass der Elektromagnet durch die Regelvorrichtung in zwei Stufen erregbar ist. Eine der Stufen wird durch die Vorbestromung erreicht, um den Ven­ tilschieber in die vordere Schließposition zu bringen. Die zweite Stufe stellt die volle Bestromung des Elektromagneten dar, um das Ventil zu öffnen. Dabei kann entweder eine Wicklung vorgesehen werden, die entweder mit einem Vorstrom und mit dem vollen Erregerstrom beaufschlagt wird, oder aber es werden zwei Wicklungen vorgesehen, wobei eine der Wicklungen zur Vorerregung durch die Vorbestromung dient, während die zweite Wicklung zum Öffnen des Ventils den vollen Erregerstrom aufgeschaltet bekommt. It is advantageous that the electromagnet through the control device in two stages is excitable. One of the stages is reached by the pre-energization to the Ven bring the slide valve into the front closed position. The second stage is the full energization of the electromagnet to open the valve. It can either a winding can be provided, either with a bias current and the full excitation current is applied, or else there will be two Windings provided, one of the windings for pre-excitation by the Pre-energization is used during the second winding to open the valve gets full excitation current.  

Um ein schnelles Rückschalten aus der Offenstellung in die vordere Schließstel­ lung zu erreichen, besteht die Möglichkeit, den Elektromagneten umzupolen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Ventilschieber mit einem Bypass zu verse­ hen, über den Druckmittel in eine die Rückstellfeder in ihrer Rückstellkraft unter­ stützende Kolbenzylindereinheit führbar ist.For a quick downshift from the open position to the front locking position To achieve this, it is possible to reverse the polarity of the electromagnet. A Another option is to bypass the valve spool hen, over the pressure medium in a return spring in its restoring force supporting piston-cylinder unit is feasible.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:The invention is explained in more detail with reference to a drawing. Show:

Fig. 1 das erfindungsgemäße Schnellschaltventil im Schnitt in unbestromtem Zu­ stand, Fig. 1 quick-acting valve according to the invention at the crossing in the de-energized to,

Fig. 2 das Schnellschaltventil nach Fig. 1 in vorbestromtem Zustand, Fig. 2 shows the quick-acting valve according to Fig. 1 in vorbestromtem state,

Fig. 3 das Schnellschaltventil nach Fig. 1 in voll bestromtem Zustand und Fig. 3, the quick-switching valve according to Fig. 1 in a fully energized state and

Fig. 4 ein erfindungsgemäßes Schnellschaltventil mit zur Rückstellfeder in Reihe angeordneter zweiter Feder. Fig. 4 shows a quick-switching valve according to the invention with a second spring arranged in series with the return spring.

Fig. 1 Zeit ein Schnellschaltventil 1 bestehend aus einem Elektromagneten 2, einer Ventilhülse 3 und einem Ventilschieber 4. Der Elektromagnet besteht aus einem Topf 5 in dem das Joch 6 und der Konus 7, die Spule 8 und der Anker 9 untergebracht sind. Der Ankerstößel 10 arbeitet auf den Ventilschieber 4. Fig. 1 time a quick-switching valve 1 consisting of an electromagnet 2 , a valve sleeve 3 and a valve slide 4th The electromagnet consists of a pot 5 in which the yoke 6 and the cone 7 , the coil 8 and the armature 9 are accommodated. The armature tappet 10 works on the valve slide 4 .

In der Ventilhülse 3 ist neben dem Ventilschieber 4 die Rückstellfeder 11 ange­ ordnet. Die Rückstellfeder 11 stützt sich einerseits an der Einstellhülse 12 ab. In Fig. 1 ist zwischen dem Ventilschieber 4 und dem der Einstellhülse abgewandten Ende der Rückstellfeder 11 ein freier Raum gezeigt. Erst nach Verschieben des Ventilschiebers aus der gezeigten hinteren Schließstellung, in der kaum Leckver­ luste auftreten, in die vordere Schließstellung stößt der Ventilschieber an die Rückstellfeder 11 an.In the valve sleeve 3 , the return spring 11 is arranged in addition to the valve slide 4 . The return spring 11 is supported on the one hand on the adjusting sleeve 12 . In Fig. 1, a free space is shown between the valve slide 4 and the end of the return spring 11 facing away from the adjusting sleeve. Only after moving the valve spool from the rear closed position shown, in which hardly any leakage losses occur, in the front closed position, the valve spool strikes the return spring 11 .

Weiterhin ist zwischen der Einstellhülse 12 und dem Ventilschieber 4 die zweite Feder 13 vorgesehen, welche parallel zur Rückstellfeder 11 angeordnet ist. Die zweite Feder 13 verschiebt den Ventilschieber 4 und den Ankerstößel 10 mit An­ ker 9 in die in Fig. 1 gezeigte hintere Schließstellung.Furthermore, between the adjusting sleeve 12 and the valve slide 4, the second spring 13 is provided, which is arranged parallel to the return spring 11 . The second spring 13 moves the valve spool 4 and the armature tappet 10 with ker 9 in the rear closed position shown in Fig. 1.

In Fig. 2 ist die Spule 8 vorbestromt. Der Anker 9 hat über den Ankerstößel 10 den Ventilschieber 4 gegen die Kraft der zweiten Feder 13 gegen die Rückstellfe­ der 11 verschoben. In dieser Schließstellung ist der Pumpenanschluss 14 gerade noch gesperrt. Die Leckage vom Pumpenanschluss 14 zum Arbeitsanschluss 15 bzw. zum Tankanschluss 16 ist jedoch größer als bei der Schaltstellung, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist.In FIG. 2, the coil 8 is vorbestromt. The armature 9 has moved over the armature tappet 10, the valve spool 4 against the force of the second spring 13 against the Rückstellfe 11 . In this closed position, the pump connection 14 is just blocked. However, the leakage from the pump connection 14 to the working connection 15 or to the tank connection 16 is greater than in the switch position, as shown in FIG. 1.

Fig. 3 zeigt die voll bestromte Spule 8, welche den Anker 9 ganz nach links ver­ schoben hat. Über den Ankerstößel 10 ist auch der Ventilschieber 4 ganz nach links gegen die Kraft der Rückstellfeder 11 und der zweiten Feder 13 in die Offen- Stellung verschoben worden. Der Tankanschluss 16 ist abgesperrt, während eine Verbindung vom Pumpenanschluss 14 zum Arbeitsanschluss 15 hergestellt wur­ de. Fig. 3 shows the fully energized coil 8 , which has pushed the armature 9 ver all the way to the left. Via the armature tappet 10 , the valve slide 4 has also been moved completely to the left against the force of the return spring 11 and the second spring 13 into the open position. The tank connection 16 is shut off while a connection from the pump connection 14 to the working connection 15 has been established.

Fig. 4 zeigt ein alternatives Beispiel eines Schnellschaltventils 1'. Hier sind die Rückstellfeder 11' und zweite Feder 13' in Reihe geschaltet. Um die zweite Feder 13' zu führen, ist auf die Rückstellfeder 11' eine Führungshülse 17 aufgesetzt. Die Fig. 4 zeigt die Spule 8 in nicht erregtem Zustand. Wird die Spule 8 vorbestromt, so fährt der Anker 9 gegen die Kraft der zweiten Feder 13' sowie der Rückstellfe­ der 11' nach links. Die Feder 11' hat jedoch eine höhere Steifigkeit als die zweite Feder 13', so dass zunächst nur die zweite Feder 13' so lange zusammengedrückt wird, bis die Rückstellfeder 11' an der Einstellhülse 12 anschlägt. Fig. 4 shows an alternative example of a fast-switching valve 1 '. Here the return spring 11 'and second spring 13 ' are connected in series. In order to guide the second spring 13 ', a guide sleeve 17 is placed on the return spring 11 '. FIG. 4 shows the coil 8 in a non-excited state. If the coil 8 is energized, the armature 9 moves to the left against the force of the second spring 13 'and the Rückstellfe 11 '. However, the spring 11 'has a higher rigidity than the second spring 13 ', so that initially only the second spring 13 'is pressed together until the return spring 11 ' strikes the adjusting sleeve 12 .

Wird die Spule 8 im Anschluss daran voll bestromt, so wird auch die Rückstellfe­ der 11' zusammengedrückt, so dass der Ventilschieber 4 in die Offenstellung fährt. When the coil 8 from full current in the connection, including the Rückstellfe of 11 'is compressed, so that the valve slide 4 moves into the open position.

BezugszeichenübersichtReference numeral Overview

11

Schnellschaltventil
Fast switching valve

22

Elektromagnet
electromagnet

33

Ventilhülse
valve sleeve

44

Ventilschieber
valve slide

55

Topf
pot

66

Joch
yoke

77

Konus
cone

88th

Spule
Kitchen sink

99

Anker
anchor

1010

Ankerstößel
armature plunger

1111

Rückstellfeder
Return spring

1212

Einstellhülse
adjusting

1313

zweite Feder
second spring

1414

Pumpenanschluss
pump connection

1515

Arbeitsanschluss
working port

1616

Tankanschluss
tank connection

1717

Führungshülse
guide sleeve

Claims (7)

1. Schnellschaltventil (1) mit in einer Ventilhülse (3) angeordnetem Ventil­ schieber (4), dem ein Elektromagnet (2) und eine Rückstellfeder (13) zuge­ ordnet sind, die den Ventilschieber (4) gegensinnig anzutreiben vermögen, dadurch gekennzeichnet,
dass der Ventilschieber (4) in mindestens zwei verschiedene Schließposi­ tionen bewegbar ist,
dass der Rückstellfeder (11) mindestens eine zweite Feder (13) geringerer Steifigkeit zugeordnet ist,
dass die Rückstellfeder (11) nur über Teilbereiche des Weges des Ventil­ schiebers (4) zusammendrückbar ist,
und dass der Elektromagnet (2) im Betrag seiner Erregung vorgebbar steu­ er- bzw. regelbar ist.1. quick-acting valve ( 1 ) with in a valve sleeve ( 3 ) arranged valve slide ( 4 ) to which an electromagnet ( 2 ) and a return spring ( 13 ) are assigned, which are able to drive the valve slide ( 4 ) in opposite directions, characterized in that
that the valve slide ( 4 ) can be moved in at least two different closing positions,
that the return spring ( 11 ) is assigned at least one second spring ( 13 ) of lower rigidity,
that the return spring ( 11 ) can only be compressed over partial areas of the path of the valve slide ( 4 ),
and that the electromagnet ( 2 ) can be controlled or regulated in the amount of its excitation. 2. Schnellschaltventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Feder (13) parallel zur Rückstellfeder (11) angeordnet ist.2. Fast switching valve ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the second spring ( 13 ) is arranged parallel to the return spring ( 11 ). 3. Schnellschaltventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Feder (13') in Reihe zur Rückstellfeder (11') angeordnet ist. 3. Fast switching valve ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the second spring ( 13 ') is arranged in series with the return spring ( 11 '). 4. Schnellschaltventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (2) über eine Steuer- bzw. Regelvorrichtung in zwei Stufen erregbar ist.4. Fast switching valve ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the electromagnet ( 2 ) can be excited in two stages via a control or regulating device. 5. Schnellschaltventil (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (2) für die unterschiedlichen Erregung durch unter­ schiedliche Bestromung unterschiedliche Wicklungen aufweist, die getrennt und/oder gemeinsam von der Steuer- bzw. Regelvorrichtung ansteuer- bzw. regelbar sind.5. quick-acting valve ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the electromagnet ( 2 ) for the different excitation by different energization has different windings which control separately and / or together from the control or regulating device - or are adjustable. 6. Schnellschaltventil (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (2) über die Steuer- bzw. Regelvorrichtung umge­ polt ansteuerbar ist, um die vom Vorhub herrührende Kraft schneller abzu­ bauen.6. quick-acting valve ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the electromagnet ( 2 ) can be controlled with the opposite polarity via the control or regulating device in order to reduce the force resulting from the forward stroke more quickly. 7. Schnellschaltventil (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsschieber einen Bypass aufweist, über den Druckmittel von einem Tankanschluß (16) des Ventils einer die Rückstellfeder (11) in ihrer Rückstellkraft unterstützenden Kolben-Zylinder-Einheit zuführbar ist.7. Quick-acting valve ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the valve slide has a bypass, via the pressure medium from a tank connection ( 16 ) of the valve of a return spring ( 11 ) in its restoring force supporting piston-cylinder Unit can be fed.
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